深度学习pytorch——正则化（持续更新）

news2024/12/28 18:20:23

由于Sigmoid函数在两边存在梯度趋于零的特性，这种特性会使梯度长久得不到更新，造成梯度离散的现象，如何处理这一种现象？压缩数据使数据位于Sigmoid梯度不趋于0区间，即批量正则化（Batch Norm ）（图-1）。

图像正则化（image normalization）

在均值为0时最有利于搜索最优解。深度学习中，图像的像素值位于[0, 1]区间，如何将像素值均值为0？pytorch提供了transforms.normalization()方法，将像素值正则化为正态分布N(0,1)，代码演示如下：

normalize = transformers.Normalize(mean=[0.485,0.456,0.406],std=[0.229,0.224,0.225])

在这个代码中的均值mean和方差std都是经过统计而来，transforms.normalization()方法内部原理是什么？首先，将均值的三个值分别看成R G B通道，然后，将每个通道的输入值减去本通道均值，除于本通道方差，即可得到(公式-1)。

批量正则化（batch normalization）

将数据定义为[N, C, H, W]

Batch Norm ：在每个通道求均值，求方差（图-2）

第一部分是进行标准的正态分布计算（公式-2），第二部分是得到正态分布（公式-3）。

公式-2

公式-3

代码实现：

import torch
x = torch.randn(100,16)+0.5
layer = torch.nn.BatchNorm1d(16)    # 创建一个包含16个特征的批归一化层
print(layer.running_mean,layer.running_var)
out = layer(x)                      # 将输入张量x传入批归一化层，得到输出张量out
print(layer.running_mean,layer.running_var)    # 显示批归一化层的running_mean和running_var的更新值

不断迭代更新：

import torch
x = torch.randn(100,16)+0.5
layer = torch.nn.BatchNorm1d(16)
for i in range(100):
    out=layer(x)
print(layer.running_mean,layer.running_var)

torch.nn.BatchNorm2d：

import torch
x = torch.randn(1,16,7,7)
print(x.shape)
layer = torch.nn.BatchNorm2d(16)
out=layer(x)
print(out.shape)
print(layer.weight)
print(layer.weight.shape)
print(layer.bias.shape)

torch.nn.BatchNorm2d和torch.nn.BatchNorm1d是PyTorch中用于对输入进行批标准化的模块，它们的主要区别在于处理的输入数据的维度不同。

torch.nn.BatchNorm1d用于对输入数据的第二个维度（通常是特征维度）进行批标准化，适用于输入数据为一维的情况，比如全连接层的输入。

torch.nn.BatchNorm2d用于对输入数据的后两个维度（通常是高度和宽度）进行批标准化，适用于输入数据为二维的情况，比如卷积层的输出。

因此，如果输入数据是二维的，比如图像数据，应该使用torch.nn.BatchNorm2d来对其进行批标准化；如果输入数据是一维的，比如文本数据，应该使用torch.nn.BatchNorm1d来对其进行批标准化。

vars(layer)：

可用其查看当前操作情况